ENERGÍA RENOVABLE EN UNA FINCA RURAL
AUTOR:
ENERGÍA RENOVABLE EN UNA FINCA RURAL
AUTOR:
6.2 Descripción de la actividad y el recinto......................................................................... 8
7.2 Bibliografía utilizada.................................................................................................... 10
8.2.5 Interruptor general.............................................................................................. 12
8.2.6 Generador fotovoltaico....................................................................................... 12
8.2.10 Potencia de la instalación fotovoltaica o potencia nominal ............................... 13
8.3 Módulos ...................................................................................................................... 13
8.3.3 Módulo o panel fotovoltaico............................................................................... 13
8.3.5 Potencia pico ....................................................................................................... 13
10 Necesidad energética...................................................................................................... 14
11.2 Localización ................................................................................................................. 17
13 Presupuesto .................................................................................................................... 23
14 Cronograma y diagrama de Gantt................................................................................... 23
16 Conclussions.................................................................................................................... 25
17 Conclusiones.................................................................................................................... 25
3 Cálculos de energía solar....................................................................................................... 4
3.2 Pérdidas de rendimiento............................................................................................... 5
3.2.4 Angulares............................................................................................................. 12
3.2.6 Por el inversor ..................................................................................................... 12
3.2.7 Por errores en el seguimiento del Punto Máximo de Potencia .......................... 12
3.2.8 Por explotación mantenimiento ......................................................................... 12
3.2.9 Por no cumplir la potencia nominal .................................................................... 13
3.2.10 Por temperatura.................................................................................................. 13
4.1 Introducción ................................................................................................................ 16
4.2 Estudio eólico de la finca............................................................................................. 16
4.3 Cálculo de la potencia eólica....................................................................................... 19
5.3.1 Cableado.............................................................................................................. 23
5.4.1 Interruptores automáticos diferenciales ............................................................ 26
5.4.2 Interruptores automáticos magnetotérmicos .................................................... 26
5.5 Tubos y canalizaciones ................................................................................................ 27
5.6 Puesta a tierra ............................................................................................................. 28
5.6.1 Tomas de tierra ................................................................................................... 28
5.6.2 Conductores ........................................................................................................ 29
Estudio Básico de Seguridad y Salud
Índice
3.1 PRESUSPUESTO, PLAZOS DE EJECUCIÓN Y MANO DE OBRA......................................... 2
3.2 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS .................................................................................. 2
4 MEDICINA PREVENTIVA......................................................................................................... 3
5 SERVICIOS HIGIÉNICOS.......................................................................................................... 3
7.1 RIESGOS GENERALES..................................................................................................... 4
7.2 RIESGOS ESPECÍFICOS.................................................................................................... 4
Planos
Índice
2 Plano detalle de la ubicación................................................................................................. 2
Pliego de condiciones
5.4 CONDICIONES ECONÓMICAS ...................................................................................... 10
6 CONDICIONES TÉCNICAS ..................................................................................................... 11
Fichas Técnicas
5 Interruptor magnetotérmico Dormae................................................................................. 11
ENERGÍA RENOVABLE EN UNA FINCA RURAL
AUTOR:
6.2 Descripción de la actividad y el recinto......................................................................... 8
7.2 Bibliografía utilizada.................................................................................................... 10
8.2.5 Interruptor general.............................................................................................. 12
8.2.6 Generador fotovoltaico....................................................................................... 12
8.2.10 Potencia de la instalación fotovoltaica o potencia nominal ............................... 13
8.3 Módulos ...................................................................................................................... 13
8.3.3 Módulo o panel fotovoltaico............................................................................... 13
8.3.5 Potencia pico ....................................................................................................... 13
10 Necesidad energética...................................................................................................... 14
11.2 Localización ................................................................................................................. 17
13 Presupuesto .................................................................................................................... 23
14 Cronograma y diagrama de Gantt................................................................................... 23
16 Conclussions.................................................................................................................... 25
17 Conclusiones.................................................................................................................... 25
Memoria
1
Título Cálculo, análisis y diseño de sistemas de producción de
energías renovables en una finca rural
Emplazamiento Calle Juan Fernández, Valle de Guerra, Tacoronte, Tenerife,
Santa cruz de Tenerife
Nombre Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Tecnología de la
Universidad de La Laguna
La Laguna, Tenerife
DNI 54063692-F
Email alu0100962239@ull.edu.es
2 Abstract
The principal objective in this project is create a renewable energies installation, based on
photovoltaic and wind.
This project is going to be installed in Valle de Guerra, in Tenerife, Canary Islands. The
installation function is supply electricity to an ornamental plant farm, specifically the offices.
The principal motivation of the project is demonstrating that the shift from the traditional
non-renewable sources of energy to a source that fit perfectly in a place where the amount
of sunlight hours per day are massive is efficient, convenient, and cheap.
This project elaboration follows the “Reglamento de Baja tension”, which collates all the
laws about electricity in a paper made by the Spanish industry ministry. Another important
information source is “Pliego de condiciones para instalaciones conectadas a red”. This
paper was created by IDAE, a government-dependent institute whom principal mission is
advice about saving energy tactics.
The installation will be a photovoltaic system connected to the grid made up of a string of
six solar panels. This is because sometimes the office can demand more energy than the
installation can produce, for example because it is cloudy and the panels do not absorb the
minimum energy.
Another facility taken in consideration is wind power generation system. It would have been
composed by a 4kW windmill, enough to keep the office running while the photovoltaic
installation is not working. Sadly, the wind velocity does not catch the bare minimum of the
windmill, so it would be stopped most days. For this reason, this type of installation is not
going to be recommended.
3 Resumen
El objetivo de este trabajo es la creación de una instalación de energías renovables,
basado en fotovoltaicas y eólica.
Este proyecto va a ser instalado en “Valle de guerra”, en el municipio de Tacoronte, Tenerife,
Islas Canarias. La principal función es alimentar de electricidad a una finca de producción de
plantas ornamentales, llamada Botany Islands.
La motivación de este trabajo es la demostración de que se puede cambiar la fuente
energética de la isla, del actual uso de energías no renovables a una fuente más eficiente,
conveniente y barata, en especial en una localización como Tenerife, donde la cantidad de
horas diarias de sol es muy grande.
Legislativamente este proyecto se apoya en el “Reglamento de Baja Tensión”, que reúne
todas las leyes sobre electricidad en un documento elaborado por el Ministerio de Industria.
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3
Otra fuente de información es el “Pliego de condiciones para instalaciones conectadas a red”
creada por el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético (IDAE)
La instalación está compuesta por un módulo solar, de 6 paneles en serie, y conectada
con la red eléctrica principal, para cuando la instalación no es capaz de suplir toda la energía
requerida porque, por ejemplo, está nublado.
Otra instalación tenida en cuenta es la eólica. Hubiera estado compuesta por un molino
de minieólica de 4kW de potencia, suficiente para cubrir la demanda en caso de que la
planta fotovoltaica no estuviese operativa. Sin embargo, en la zona la velocidad del viento
no es lo suficientemente elevada como para mantener el molino en funcionamiento, por lo
que no se recomienda la instalación.
4 Objeto
El objeto de este trabajo es el estudio y el diseño de una planta de generación de energía
renovable híbrida en la finca agrícola Botany Island, situada en Valle de Guerra, en el
municipio de Tacoronte. Se estudiará la posible instalación de una planta de generación
compuesta por una instalación fotovoltaica y una instalación eólica.
5 Alcance
El alcance de este proyecto se centra en el estudio y diseño técnico de las instalaciones
de energía renovables, más concretamente de energía fotovoltaica y eólica.
En cada caso, hay que justificar los modelos escogidos para las placas fotovoltaicas,
inversores, turbina de viento, etc. Para una correcta elección, se harán los análisis técnicos
necesarios.
No es objeto de estudio en este proyecto la obra civil ni estudio de viabilidad económica.
La redacción y diseño de este proyecto se realiza bajo la legislación vigente.
6 Antecedentes
Este proyecto se idea para reducir la dependencia que existe en Canarias, más
específicamente en Tenerife, de los combustibles fósiles. Con este proyecto se pretende
estimular la producción de energía a pequeña escala, pues como se va a poder apreciar, no
se requiere una gran superficie para poder obtener energía suficiente para poder alimentar
una finca, que este caso es equivalente a una oficina.
Diariamente, en Tenerife se consumen 21.252 GWh de energía (media de abril de 2021).
De esa energía, solo el 13% es producida por energía renovables, siendo un 10,1%
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correspondiente a energía eólica y 2,8% a energía solar. Esto es un grave problema, pues
hay medios suficientes para aumentar estos paupérrimos porcentajes.
Figura 1. Uso de energías en Tenerife. Fuente: Red Eléctrica de España
Cabe recordar que, aunque se monten dos instalaciones, estas no tienen porqué
producir diariamente la energía suficiente para alimentar a la finca. Sin embargo, la mayoría
de los días sí va a ser capaz de producirla, en incluso en exceso, suficiente para venderla a la
red eléctrica, aumentando este porcentaje de energía renovable. Además, con esta venta
de energía se puede recuperar más rápido la inversión inicial, siendo otro motivo más por
el cual se recomienda.
Las Naciones Unidas tienen un plan llamado Agenda 2030 sobre el desarrollo sostenible,
un marco común en el que los distintos países y sus sociedades con el que mejorar las vidas
de todos. Se compone de 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible, que incluyen desde la
eliminación de la pobreza, hasta la lucha contra el cambio climático, la educación, la igualdad
de la mujer, la defensa del medio ambiente o el diseño de nuestras ciudades.
El objetivo número 7, Energía Asequible y No contaminante, recoge que se debe
garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna. Para ello, las
Naciones Unidas proponen una serie de metas del objetivo 7.
1. De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles,
fiables y modernos.
2. De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovable
en el conjunto de fuentes energéticas
3. De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética
4. De aquí a 2030, aumentar la cooperación internacional para facilitar el acceso a la
investigación y la tecnología relativas a la energía limpia, incluidas las fuentes
renovables, la eficiencia energética y las tecnologías avanzadas y menos
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5
energética y tecnologías limpias
5. De aquí a 2030, ampliar la infraestructura y mejorar la tecnología para prestar
servicios energéticos modernos y sostenibles para todos en los países en desarrollo,
en particular los países menos adelantados, los pequeños Estados insulares en
desarrollo y los países en desarrollo sin litoral, en consonancia con sus respectivos
programas de apoyo.
Con esta instalación de energía renovable, nos basamos en la meta número 2,
aumentar la proporción de energía renovable. La meta número 4 también es
importante, puesto que este tipo de mini-instalaciones son perfectas como bancos de
pruebas para nuevas tecnologías, en especial para la energía solar, puesto que tenemos
el privilegio de disponer de una tasa de horas solares diarias muy elevada.
El objetivo número 13, Acción por el clima, también se tomó como referencia. El
año 2019 fue el segundo más cálido del que se tiene registro, y con él se cierra la década
más calurosa de siempre. Esto se debe a que los niveles de Dióxido de Carbono (CO2) y
de otros gases de efecto invernadero en la atmósfera aumentaron hasta niveles récord
en el año 2019. Las metas que se propone el objetivo 13 son las siguientes:
1. Fortalecer la resiliencia y la capacidad de adaptación a los riesgos relacionados
con el clima y los desastres naturales en todos los países
2. Incorporar medidas relativas al cambio climático en las políticas, estrategias y
planes nacionales
3. Mejorar la educación, la sensibilización y la capacidad humana e institucional
respecto de la mitigación del cambio climático, la adaptación a él, la reducción
de sus efectos y la alerta temprana
4. Cumplir el compromiso de los países desarrollados que son partes en la
Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de lograr
para el año 2020 el objetivo de movilizar conjuntamente 100.000 millones de
dólares anuales procedentes de todas las fuentes a fin de atender las
necesidades de los países en desarrollo respecto de la adopción de medidas
concretas de mitigación y la transparencia de su aplicación, y poner en pleno
funcionamiento el Fondo Verde para el Clima capitalizándolo lo antes posible
5. Promover mecanismos para aumentar la capacidad para la planificación y
gestión eficaces en relación con el cambio climático en los países menos
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6
adelantados y los pequeños Estados insulares en desarrollo, haciendo
particular hincapié en las mujeres, los jóvenes y las comunidades locales y
marginada
Aunque la instalación de esta planta de energía renovable no cumple directamente
con ninguna meta, sí que puede servir como modelo ejemplar a pequeña escala sobre
la implantación de medidas enfocadas a la reducción de la emisión de gases de efectos
invernadero relacionada con la quema de combustibles fósiles para obtener energía,
cumpliendo así con el Acuerdo de París ratificado por España.
Además, ya no es solo la reducción de gases de efectos invernaderos por la quema,
sino que, además, al reducir el consumo de estos combustibles, no se necesita espacio
para almacenarlos, ganando terreno que puede ser aprovechado para instalar más
plantas de energías renovables. E incluso, al tener en cuenta el factor insularidad, se
ahorra el trasiego de barcos cargados de combustible, lo que produce un ahorro
energético también.
6.1 Situación y emplazamiento
El lugar de realización de la instalación es en la finca “Botany Islands”, situada
en el municipio de Tacoronte, en la zona conocida como Juan Fernández. A esta finca
se puede llegar a través de la carretera TF-163, entre el Km 1 y el Km 2. Esta finca tiene
un tamaño total de 355.795 m2, según el catastro. En el catastro también encontramos
la referencia catastral de la finca, que es 38043A00600342.
Figura 2. Plano catastral de la finca. Fuente: GrafCan
La finca tiene varias zonas. Por supuesto, una zona de cultivos, que ocupa la
mayoría de esos 355.795 m2. También cuenta con una zona de oficinas, donde se
gestiona la dirección de la empresa, así como la venta de los productos, ya sea a
particulares o a otras empresas.
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Cuenta también con una zona de almacén, donde se guarda el material usado
durante el día, tanto las herramientas manuales (como puede ser guatacas,
motosierras, tijeras de poda, tubos para el regadío, repuestos…) como la maquinaria
usada, como dumpers (pequeño vehículo especializado en cargar), tractores, etc. Estas
máquinas tienen una zona específica, no es dentro del almacén, si no en un parking por
fuera.
También existen dos zonas de parking diferenciadas. La primera, una zona de
parking para los clientes, que es simplemente una zona apartada con las líneas
marcadas en el suelo, mientras que la otra zona de parking, dedicada para los
trabajadores, cuenta con una estructura metálica que hace de techo protector. Es en
esta zona donde se va a instalar la planta fotovoltaica.
Figura 3.Imagen de la finca. Fuente: GrafCan
Las placas fotovoltaicas se instalarán en una zona cercana a la zona de oficinas
de la finca, siendo sus coordenadas exactas 28° 30’ 59,06” N 16° 24’ 32,87” O.
Figura 4. Detalle del lugar de instalación de los paneles. Fuente: Propia
Los paneles se van a instalar en la zona marcada en la imagen anterior. Esta zona
hace la función de techo del aparcamiento para empleados. Sus dimensiones son 30
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metros de largo por 6 metros de ancho, suficiente para colocar las 6 placas que
contiene la instalación. Se van a orientar al noroeste, y no tienen cerca ningún
obstáculo que pueda producir sombra.
La instalación se va a realizar en la zona marcada en la imagen. Esta tiene un
tamaño de 5,3 x 35 m, por lo que las placas caben perfectamente en esta zona.
Además, gracias a la herramienta Grafcan se puede conocer el dato de irradiancia solar
sobre superficie inclinada, que sobre la zona de la finca es 4590,6 Wh/m2 anual.
Figura 5. Radiación solar en la zona de la finca. Fuente: GrafCan
6.2 Descripción de la actividad y el recinto
Esta finca tiene un tamaño de 355.795 m2, y a excepción de la zona de oficinas, que
tiene un tamaño de 68 m2, y distintas zonas como el almacén o el comedor, de las cuales
no aparece su tamaño en el catastro, el resto de la finca está dedicada a la producción
de plantas ornamentales para su posterior venta.
Figura 6. Plano de cultivo de la finca. Fuente: GrafCan
Esta clase de plantas ornamentales se usa para decoración, ya sea en interiores
o exteriores, y comúnmente son flores, pero no es exclusivo, pueden incluirse palmeras,
arbustos decorativos, etc.
Esta clase de cultivos tiene una producción anual, es decir, a lo largo del año se
tiene cultivo. Obviamente, a lo largo del año varia la producción, como puede apreciarse
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en el calendario agrícola reflejado en la figura 7. Por ejemplo, en Navidad la planta
decorativa por excelencia es la Flor de pascua, que debe de estar florecida en esa época,
por lo que se tiene que plantar mucho antes, más concretamente en septiembre.
Figura 7. Época de cosecha de distintos cultivos. Fuente: Cabildo de Tenerife
7 Normativa y referencias
- Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del Sector Eléctrico.
- Norma UNE-EN 62466: Sistemas fotovoltaicos conectados a red. Requisitos
mínimos de documentación, puesta en marcha e inspección de un sistema.
- Resolución de 31 de mayo de 2001 por la que se establecen modelo de contrato
tipo y modelo de factura para las instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a
la red de baja tensión.
- Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobre conexión de instalaciones
fotovoltaicas a la red de baja tensión.
- Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades
de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de
autorización de instalaciones de energía eléctrica.
- Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento
Electrotécnico para Baja Tensión (B.O.E. de 18-9-2002).
- Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico
de la Edificación.
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- Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de
producción de energía eléctrica en régimen especial.
- Real Decreto 1578/2008, de 26 de septiembre, de retribución de la actividad de
producción de energía eléctrica mediante tecnología solar fotovoltaica para
instalaciones posteriores a la fecha límite de mantenimiento de la retribución del
Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, para dicha tecnología.
- Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a
red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.
- Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de
producción de energía en régimen especial.
- DECRETO 141/2009, de 10 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento por
el que se regulan los procedimientos administrativos relativos a la ejecución y
puesta en servicio de las instalaciones eléctricas en Canarias.
- UNE 157001, Criterios generales para la elaboración de un proyecto.
7.2 Bibliografía utilizada
- [1] P. Alcalde San Miguel, Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión, 3ª edición.
Madrid: Paraninfo, 2017
Consultado el 4/6/2021
3/6/2021
https://www.ree.es/es/actividades/sistema-electrico-canario. Consultado el
https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/objetivos-de-desarrollo-
Consultado el 2/6/2021
http://agrocabildo.org/publica/mapa_cultivo/Metodologia.pdf. Consultado el
1/6/2021
- [8] IDAE, Pliego de condiciones Técnicas de instalaciones conectadas a red. Madrid:
IDAE, 2011
Consultado el 15/3/2021
- [10] [En línea] Consumo energético de las oficinas en España. Disponible en:
http://energycheckup.eu/uploads/media/Offices_Brochure_SPAIN.pdf
https://www.certicalia.com/blog/diferencia-de-consumos-segun-calificacion-en-
oficinas . Consultado el 15/2/2021
- [12] [En Línea] Consumo energético de edificios en México. Disponible en:
https://www.redalyc.org/jatsRepo/4779/477957975006/html/index.html#:~:text
C2%B2 . Consultado el 15/2/2021
- [13] [En línea] Clasificación energética en los edificios. Disponible en:
https://energia.gob.es/desarrollo/EficienciaEnergetica/CertificacionEnergetica/Do
cumentosReconocidos/normativamodelosutilizacion/20151123-Calificacion-
Consultado el 10/2/2021
https://www.bombadeagua.es/dab-euroinox-30-80-m. Consultado el 15/2/2021
7.3 Programas informáticos
- Microsoft Office Word
- Microsoft Office Excel
o Arquímedes
- AUTODESK AUTOCAD
8 Definiciones
A continuación, se exponen distintas definiciones que ayudan a entender lo expuesto en
este proyecto. Dichas definiciones se extraen del Pliego de condiciones técnicas de
instalaciones conectadas a red del Instituto para la diversificación y el Ahorro de Energía
(IDEA)
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8.1.2 Irradiancia
Densidad de potencia incidente en una superficie o la energía incidente en una
superficie por unidad de tiempo y unidad de superficie. Se mide en kW/m2.
8.1.3 Irradiación
Energía incidente en una superficie por unidad de superficie y a lo largo de un cierto
período de tiempo. Se mide en kWh/m2, o bien en MJ/m2.
8.2 Instalación
8.2.1 Instalaciones fotovoltaicas
Aquellas que disponen de módulos fotovoltaicos para la conversión directa de la
radiación solar en energía eléctrica sin ningún paso intermedio.
8.2.2 Instalaciones fotovoltaicas interconectadas
Aquellas que disponen de conexión física con las redes de transporte o distribución de
energía eléctrica del sistema, ya sea directamente o a través de la red de un consumidor.
8.2.3 Línea y punto de conexión y medida
La línea de conexión es la línea eléctrica mediante la cual se conectan las instalaciones
fotovoltaicas con un punto de red de la empresa distribuidora o con la acometida del
usuario, denominado punto de conexión y medida.
8.2.4 Interruptor automático de la interconexión
Dispositivo de corte automático sobre el cual actúan las protecciones de interconexión.
8.2.5 Interruptor general
Dispositivo de seguridad y maniobra que permite separar la instalación fotovoltaica de la
red de la empresa distribuidora.
8.2.6 Generador fotovoltaico
8.2.7 Rama fotovoltaica
voltaje igual a la tensión nominal del generador.
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8.2.8 Inversor
Convertidor de tensión y corriente continua en tensión y corriente alterna. También se
denomina ondulador.
Suma de las potencias máximas de los módulos fotovoltaicos.
8.2.10 Potencia de la instalación fotovoltaica o potencia nominal
Suma de la potencia nominal de los inversores (la especificada por el fabricante) que
intervienen en las tres fases de la instalación en condiciones nominales de funcionamiento.
8.3 Módulos
Dispositivo que transforma la radiación solar en energía eléctrica.
8.3.2 Célula de tecnología equivalente (CTE)
Célula solar encapsulada de forma independiente, cuya tecnología de fabricación y
encapsulado es idéntica a la de los módulos fotovoltaicos que forman la instalación.
8.3.3 Módulo o panel fotovoltaico
Conjunto de células solares directamente interconectadas y encapsuladas como único
bloque, entre materiales que las protegen de los efectos de la intemperie.
8.3.4 Condiciones Estándar de Medida (CEM)
Condiciones de irradiancia y temperatura en la célula solar, utilizadas universalmente para
caracterizar células, módulos y generadores solares y definidas del modo siguiente:
– Irradiancia solar: 1000 W/m2
8.3.5 Potencia pico
8.3.6 TONC
Temperatura de operación nominal de la célula, definida como la temperatura que
alcanzan las células solares cuando se somete al módulo a una irradiancia de 800 W/m2 con
distribución espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 °C y la velocidad del
viento, de 1 m/s.
El peticionario tiene los siguientes requisitos indispensables para la instalación:
1. El proyecto debe cumplir con la legislación vigente, especialmente en el tema de
seguridad
2. La instalación debe de ser económicamente los más eficiente posible, con la mejor
calidad posible dentro de un presupuesto ajustado
3. La instalación debe de ocupar el menor espacio agrícola posible, pues si no es así,
se verían reducidos los beneficios.
10 Necesidad energética
Antes de realizar los cálculos, primero hay que conocer cuanta energía demanda la finca
en su totalidad. El dato calculado en este apartado es aproximado, puesto que la empresa
no facilitó el dato del consumo eléctrico en la finca.
En equipos pequeños, como pueden ser, por ejemplo, motosierras, su consumo no es
tan demandante, pues su uso es puntual, además de tener un consumo reducido. Sin
embargo, para equipos grandes es diferente. Por ejemplo, un tractor.
La ventaja de un tractor con motor de combustión es clara, pues se puede reponer de
combustible en cualquier momento. Sin embargo, en nuestras Islas Canarias, el combustible
es escaso, mientras que siempre tenemos recursos naturales de los que poder extraer
energía.
Esta energía limpia puede satisfacer la demanda energética de la finca, pues estas, aun
usando la totalidad de los equipos de manera eléctrica, no tienen un consumo eléctrico
elevado, pudiendo vender la energía sobrante.
A continuación, se expone una tabla con los consumos medios de los distintos
elementos de una finca.
En este caso, la finca tiene incluida una oficina.
El consumo energético en oficina depende de varios factores, como climatización,
iluminación, consumo eléctrico de ordenadores, impresoras, etc. Por lo tanto, el consumo
medio de energía, en kWh/m2 varía respecto al lugar donde se encuentre la oficina, horas
en las que se trabaje... Sin embargo, hay varios estudios en los que se analiza este consumo,
incluido uno, realizado en México, y que desglosa el consumo según distintas zonas.
Adoptando el clima de Valle de Guerra como Templado Húmedo, nos devuelve un consumo
de 80 kWh/m2 anuales, que está en línea con los demás documentos.
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15
Figura 8. Tamaño de la zona de oficinas. Fuente: GrafCan
Como se aprecia en la imagen, la zona de oficinas tiene un área de 301,7 m2. Por lo
tanto, el consumo energético anual es de 24136 kWh. Este consumo se puede dividir
mensualmente a 2011,3 kWh
10.2 Tractor
El mercado de tractores eléctricos hoy en día es muy reducido. Sin embargo, poco a poco
empiezan a existir alternativas, y los grandes fabricantes se atreven a entrar en este
mercado, prueba de ello es el modelo e100 Vario de la marca Fendt.
Nota de la web
“Durante muchos años, Fendt ha desarrollado soluciones prácticas para el uso eficiente
de sistemas eléctricos de propulsión. Con el Fendt e100 Vario, Fendt introduce un práctico
tractor compacto totalmente eléctrico con 50 kW de potencia, que puede funcionar hasta
cinco horas en condiciones de uso reales. La fuente de energía es una batería de iones de litio
de alto rendimiento de 650 V con una capacidad de aprox. 100 kWh. La batería se carga con
400 V y hasta 22 kW a través de una toma exterior CEE estándar o mediante una opción de
recarga con corriente continua. Un enchufe CCS estándar de tipo 2 permite recargar la
batería en 40 minutos hasta un 80%. Además, es posible recuperar energía con el uso de un
motor eléctrico.”
Suponiendo que cada día trabajan con el tractor eléctrico hasta agotarle la batería, al
día consume 100 kWh. Por lo tanto mensualmente consume 3100 kWh.
Un Dumper es un vehículo pequeño que sirve para cargar y descargar productos, como
por ejemplo fruta, de manera sencilla, pues al ser de tamaño pequeño puede acceder a
zonas de difícil acceso.
10.3 Bomba de agua
Estimar la bomba requerida sin más información es una tarea muy ardua. Para ello, se
va a escoger una bomba todoterreno, que pueda usarse en varias condiciones, y se van a
colocar varias. La bomba escogida es EuroInox 30-80M de la marca DAB [6].
Esta bomba tiene un vataje de 800 W, y suponiendo que funciona 4 horas al día, eso
hace un consumo mensual de 96 kWh
10.4 Demás equipos necesarios
Se trata de equipo que es útil tener en una finca, estos equipos suelen ser
independientes, es decir, funcionar a través de un motor de combustión. Sin embargo,
vamos a usar equipos eléctricos, concorde a la temática de energías renovables del trabajo.
Otra suposición es que estos equipos funcionarán durante una hora al día, puesto que no
son equipos cuyo uso sea diario.
10.4.1 Motosierra
Este equipo tiene una potencia de 1.5 kW, lo que le supone un consumo mensual de 45 kWh
10.4.2 Desbrozadora
El cargador tiene un consumo de potencia de 0.3 kW, que mensualmente hacen 9 kWh
Equipo Consumo mensual (kWh)
Por lo tanto, la finca mensualmente consumirá 5261,3 kWh.
11 Análisis de soluciones
A continuación, se van a exponer las soluciones que se consideran más eficaces y que
cumplen con los requisitos de diseño expuestos por el peticionario.
11.1 Tipo de conexión
Existen dos tipos de instalaciones fotovoltaicas: conectadas a red y aisladas.
Las instalaciones aisladas son aquellas que no están conectadas a la red principal, y
cuyo abastecimiento energético se basa exclusivamente en la capacidad de generación
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del parque energético. Tienen un sistema de baterías para recolectar el exceso de
energía, que se encargan de ceder esta en caso de que no haya producción, o que esta
no sea suficiente.
En cambio, las instalaciones conectadas a red presentan un intercambio de
energía con la red. Cuando produce en exceso, la electricidad es vendida a la red,
mientras que cuando escasea, la red suministra la energía necesaria.
En este caso, se optó por esta última opción, pues presenta muchos más
beneficios que una instalación aislada. La elección se tomó porque no siempre se va a
disponer del recurso necesario para permitir un correcto funcionamiento de la
instalación. Además, al no tener que incluir baterías, el presupuesto se reduce
bastante.
11.2 Localización
En este caso, la localización de la instalación se debía hacer en un lugar donde
no estorbase, por lo que finalmente se decidió instalarlo en una estructura metálica
que hace la función de garaje, por lo que la instalación está en un sitio donde puede
cumplir su función.
Figura 9. Localización de la finca. Fuente: GrafCan
Se tuvieron más zonas en cuenta a la hora de escoger la localización. Una zona
de la que se estudió su viabilidad es en la figura 9. Esta zona se estudió por ser la zona
más elevada de la finca, además de ser un lugar con poco tránsito y sin ningún obstáculo
alrededor. Sin embargo, está bastante lejos de la zona de conexión con la red eléctrica
de la isla, entorno a 500 metros, por lo que la sección del cableado se
sobredimensionaba para compensar la longitud. Otro problema es el hecho de que en
esa zona hay que construir una estructura soporte para los paneles, lo que incrementa
el precio total de la instalación.
Memoria
18
Figura 10. Zona descartada de instalación de los paneles. Fuente: GrafCan
11.3 Panel fotovoltaico
El panel fotovoltaico es la parte que se encarga de transforma la energía solar
en energía eléctrica. Lo hacen a través de una parte llamada célula, que consigue que
parte de la energía lumínica se transforme en energía eléctrica, gracias al efecto
fotovoltaico. Estas células suelen ser de silicio, y existen de varios tipos,
monocristalinos, policristalino y amorfo.
En esta instalación, se van a colocar paneles monocristalinos Maxeon 3 de 400W
de la marca SunPower. Estos paneles tienen un tamaño de 1,05 m de largo por 1,69 m
de ancho. Se van a instalar 9 paneles en serie, en un solo string. Con ello, se conseguirá
un voltaje total de 394,8 V.
Se escoge este modelo de panel fotovoltaico por su gran rendimiento, y la alta
fiabilidad.
Características
Tabla 2. Datos del panel fotovoltaico.
Otros modelos tenidos en cuenta son AS-6M de 400 W de la marca Amerisolar,
o el modelo 400 W PERC de ERA. Ambos son de 400 W de potencia, pero el primero
tiene 49,2 V de tensión en circuito abierto, 10,27 A de intensidad en circuito abierto y
una eficiencia de 20,29%, el segundo tiene 41,7 V de tensión en circuito abierto, 9,6 A
de intensidad en circuito abierto y una eficiencia de 20,17%.
Memoria
19
Como se puede observar, los tres modelos son bastantes parecidos, sin
embargo, el modelo escogido finalmente, Maxeon 3 de SunPower, fue escogido porque
su eficiencia es superior al resto, además de ser un producto constrado por su calidad
y la empresa ser muy respetable, aunque su precio sea elevado, al ser el punto crítico
de la instalación, está justificada su elección.
11.4 Inversor
El inversor es el equipo que se encarga de transformar la corriente en continua
que llega de las placas fotovoltaicas a corriente alterna, adecuando la onda y la
frecuencia.
El inversor escogido es el Sunny Boy 2.5 de la marca SMA.
Se escoge este modelo de inversor por ser el que más se adecua a las
características de la instalación, además de por su fiabilidad y sinergia con los productos
de la empresa SunPower, fabricantes de los paneles solares.
Este modelo de inversor cuenta con protección IP65, que lo protege contra el
polvo y el agua. Sin embargo, para una mayor protección, va a ser instalado dentro de
una caseta de tamaño 60 cm de largo, 20 cm de ancho y 1,5 m de alto para una mayor
protección, y, sobre todo, tener en una sola construcción tanto el inversor como las
protecciones de la parte de corriente continua.
Características SunnyBoy 2.5
Tensión mínima (V) 50
Corriente máxima (A) 10
Tensión nominal de CA (V) 240
Corriente máxima de salida (A) 11
Tabla 3. Características Inversor solar.
Otro modelo tenido en cuenta es el SYMO 5.0-3-M de la marca Fronius. Este
modelo cuenta con una entrada de 16 A de intensidad máxima, así como 595 V de
Memoria
20
tensión nominal de entrada, y una salida de 5000 W de potencia, a 7,2 A y 230 V. Este
modelo es de muy buena calidad, pero se elige el Sunny Boy 3.0 porque tanto las
características como la calidad del producto es similar, sin embargo, es más económico,
puesto que este modelo cuenta con un precio de 1682€ frente a los 1069€ del Sunny
Boy 3.0.
11.5 Turbina
En la zona donde se va a realizar la instalación, la velocidad media del viento es
de 4,75 m/s a 40 metros de altura. Extrapolando a una altura más recomendada para
el terreno, la velocidad del viento es 4,6 m/s
El modelo de generador eólico es E70 Pro de la marca Enair. Se escoge esta
marca y modelo por ser una marca reconocida y fiable, y el modelo es el que mejor se
adapta a las características expuestas.
Características E70 Pro
Potencia (kW) 5,5
Velocidad nominal (m/s) 11
Tabla 4. Carasterísticas turbina eólica.
Como se aprecia en la tabla de características, la velocidad nominal es de 11
m/s. Esta es la velocidad a la que el molino ofrece sus mejores características. Sin
embargo, está muy lejos de la velocidad media del viento en la finca, que es de 4,6 m/s.
Esta velocidad apenas supera la velocidad de arranque, por lo que el molino estaría
parado muchos días.
Se analizan otros modelos de turbina, como el Air40 de la marca Primus
WindPower. Esta turbina tiene una velocidad de arranque de 3,1 m/s, y una velocidad
nominal de 5,8 m/s, por lo que tampoco funcionará correctamente en la zona de la
instalación. Otro modelo estudiado es el Zeus 3.0 de la marca Tesup. La velocidad de
arranque de este modelo es de 2 m/s, por lo que tampoco funcionará de manera
correcta en la zona
Finalmente, se recomienda no instalar turbina eólica, puesto que no existe una
turbina con la potencia necesaria para poder cubrir la demanda y con las características
técnicas que permitan un correcto funcionamiento a una velocidad de viento tan baja.
Memoria
21
12.1 Cableado
Los cables atenderán a lo estipulado en el Reglamento Electrotécnico de Baja
Tensión y al Pliego de Condiciones del IDAE.
El conductor de baja tensión que se empleará en la totalidad de la instalación es
de tipo aislado con tensión asignada no inferior a 0,6/1kV, temperatura máxima de 90º,
con conductor de cobre y aislamiento de polietileno reticulado (XLPE), normalizado
según la norma UNE 21.123.
La instalación del cableado se realizará desde los módulos fotovoltaicos hasta la
Caja de Protección y Medida, pasando antes por las cajas de conexiones, el inversor y
cuadro de protección.
En la instalación se emplearán distintas secciones de cableado y diferentes tipos
de canalizaciones eléctricas, que cumplirán en todo momento con lo exigido en el
Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión para la correcta puesta en servicio y
garantizar un correcto funcionamiento de la instalación.
Para la sección de los cables se han seguido los criterios de sobrecalentamiento
y caída de tensión según el Pliego de Condiciones del IDAE: deberán soportar el 125%
de la intensidad de cortocircuito de la línea para el criterio por sobrecalentamiento
según ITC-BT-40 y una caída de tensión inferior al 1,5% en la zona de CC y un 2% en la
zona de CA para el criterio de caída de tensión.
El aislamiento del cable será de polietileno reticulado (XLPE) por presentar una
mayor resistencia a temperatura (hasta 90ºC). Dadas las condiciones de exposición al
aire libre se ha decidido emplear cables con este tipo de aislamiento.
El modelo escogido para el cableado es PRYSUN de la empresa en PRISMIAN. Se
escogió este modelo por estar diseñado expresamente para instalaciones fotovoltaicas.
El cableado va a discurrir dentro de un tubo, con la finalidad de protegerlo de
las inclemencias del tiempo o, incluso, del ataque de animales.
En la parte de la corriente continua, se va a usar un tubo de 20 mm de diámetro
para alojar los cables de positivo, negativo y neutro. En cambio, en la parte de corriente
alterna, el tubo usado es 32 mm, para proteger los tres cables de fase, y el neutro.
Según la norma IEC 60446, incluido en la ITC-BT-19, los cables tienen un color
según su función. Para los cables neutros se usa el color azul, para las fases monofásicas
se usan cables de color marrón, y para las fases trifásicas, marrón, negro y gris.
Memoria
22
Cualquier instalación eléctrica requiere que se instalen instrumentos de
protección, tanto para la propia instalación como para la protección de las personas.
Esto queda estipulado en ITC-BT-24. Los equipos protectores, ambos de la marca
Schneider, fueron escogidos en base a que esta marca destaca por su fiabilidad y
calidad. Aunque es más cara que otras marcas, como puede ser ABB, al ser un punto
crítico de la instalación, se decide invertir más dinero.
12.2.1 En corriente continua
Para proteger los equipos y las personas, en esta parte se colocarán los fusibles
DF2EN25 de la marca Schneider, de 25 A. Con esto se logra proteger a las placas
solares de cualquier sobretensión que se pueda producir.
12.2.2 En corriente alterna
Para esta parte, se va a instalar un cuadro de protección, que va a contener un
interruptor magnetotérmico de 16 A, y un interruptor automático diferencial de
30mA. Con estas medidas se protegen los equipos y sobre todo, a las personas,
ante cualquier tipo de contacto peligroso con el cableado. El modelo escogido es
12516, de la marca Schneider
12.3 Puesta a tierra
La instalación cumplirá con lo dispuesto en el Art. 15 del Real Decreto 1669/2011
y en ITCBT- 18 del REBT en lo relativo a la puesta a tierra de la instalación.
Los módulos fotovoltaicos y las estructuras metálicas se conectarán a tierra
independiente con el fin de facilitar la evacuación de derivaciones producidas por
cualquier tipo de fenómeno, incluyendo los atmosféricos como pueden ser los rayos.
Se realizará una única toma de tierra conectando directamente a las picas principales
de tierra de la instalación, tanto la estructura soporte del generador, como el borne de
puesta a tierra del inversor.
Se usará cable del tipo aislado con tensión asignada no inferior a 0,6/1kV,
temperatura máxima de 90º, con conductor de cobre y aislamiento de polietileno
reticulado (XLPE), normalizado según la norma UNE 21.030 de diámetro igual al
utilizado en la instalación, en este caso 10 mm2.
La longitud total de la instalación de puesta a tierra es de 42 metros, y va a
discurrir a través de la estructura metálica, protegida por un tubo. Según la norma IEC
60446 el cableado es de color verde y amarillo.
Memoria
23
12.4 Conexión a red
El RD 1699/2011 establece que la conexión para instalaciones de pequeña
potencia (<10kW) se puede realizar a través del mismo punto de conexión que la red
interior. Para ello, se instalará un contador bidireccional que se encargará de leer la
energía vertida a la red, así como el consumo en los momentos requeridos.
13 Presupuesto
Se va a hacer un resumen económico de la instalación, que se va a detallar en
profundidad en el anexo “Presupuesto”.
Capítulo Importe
Capítulo 2. Canalizaciones 763,65 €
Capítulo 3. Cables 87,63 €
Capítulo 6. Solar fotovoltaicas 5011,87 €
Capítulo 7. Aparamenta 129,02 €
Subtotal 8387,06 €
Presupuesto de ejecución por contrata 8974,15 €
Asciende el presupuesto de ejecución por contrata a la expresada cantidad de OCHO
MIL NOVECIENTOS SETENTA Y CUATRO EUROS CON QUINCE CÉNTIMOS.
14 Cronograma y diagrama de Gantt
A continuación, se exponen las tareas y la duración que componen la ejecución de la
obra
2 Preparación y colocación de los paneles fotovoltaicos
Memoria
24
5 Preparación de la toma a tierra
6 Instalación eléctrica
Tabla 5. Descripción de las actividades a ejecutar.
Tarea Fecha inicio Fecha fin Día inicio Día fin Duración
1 01/07/2021 02/07/2021 0 1 1
2 02/07/2021 03/07/2021 1 2 1
3 01/07/2021 02/07/2021 0 1 1
4 04/07/2021 05/07/2021 3 4 1
5 04/07/2021 05/07/2021 3 4 1
6 06/07/2021 08/07/2021 5 7 2
7 09/07/2021 09/07/2021 8 8 1
Tabla 6. Fecha de inicio, fin y duración de las actividades a ejecutar.
Tabla 7. Diagrama de Gantt.
15 Orden de prioridad de los documentos básicos
En caso de que exista cualquier discrepancia, de acuerdo con la norma UNE 157001, el
orden establecido de prioridad de los documentos que engloban este proyecto es el
siguiente:
- PLANOS
Tarea 01-jul 02-jul 03-jul 04-jul 05-jul 06-jul 07-jul 08-jul 09-jul
1
2
3
4
5
6
7
Memoria
25
16 Conclussions
This project described the design, calculation and develop of a photovoltaic installation in a
rural farm. The plant must produce the enough energy to power the offices, and the energy
that could be required in the farm, like an electric car, or electric tools such as chainsaws or
lawn mowers. The principal mission has been achieved, which consisted in creating a cheap
and easy to install renewable energy plant.
This project shows that this island, and in general, the other six, can exploit all of them blank
spaces, without a big budget. This project can be used to calculate similar farms. Here, in
Tenerife, there are a lot of abandoned farms. Their owners could install this small plant and
have profits without too much maintenance.
17 Conclusiones
Este proyecto describe el diseño, cálculo y desarrollo de una planta fotovoltaica en una
granja rural. La planta debe producir energía para alimentar la zona de oficinas, así como la
energía necesaria en la propia finca, como puede ser recargar un coche eléctrico, o las
herramientas eléctricas como motosierra, podadoras o desbrozadoras. Este trabajo cumple
con su misión principal, crear una planta de energía renovable con poco presupuesto y de
fácil instalación y mantenimiento.
Con este proyecto se muestra que se pueden aprovechar los espacios en blanco, que
antaño ocupaban fincas en activo, u hoy en día techos de edificios, y sacarles beneficio con
una planta económica y que no requiere mucho mantenimiento.
Grado en Ingeniería Mecánica
TRABAJO FIN DE GRADO
ENERGÍA RENOVABLE EN UNA FINCA RURAL
AUTOR:
3 Cálculos de energía solar....................................................................................................... 4
3.2 Pérdidas de rendimiento............................................................................................... 5
3.2.4 Angulares............................................................................................................. 12
3.2.6 Por el inversor ..................................................................................................... 12
3.2.7 Por errores en el seguimiento del Punto Máximo de Potencia .......................... 12
3.2.8 Por explotación mantenimiento ......................................................................... 12
3.2.9 Por no cumplir la potencia nominal .................................................................... 13
3.2.10 Por temperatura.................................................................................................. 13
4.1 Introducción ................................................................................................................ 16
4.2 Estudio eólico de la finca............................................................................................. 16
4.3 Cálculo de la potencia eólica....................................................................................... 19
5.3.1 Cableado.............................................................................................................. 23
5.4.1 Interruptores automáticos diferenciales ............................................................ 26
5.4.2 Interruptores automáticos magnetotérmicos .................................................... 26
5.5 Tubos y canalizaciones ................................................................................................ 27
5.6 Puesta a tierra ............................................................................................................. 28
5.6.1 Tomas de tierra ................................................................................................... 28
5.6.2 Conductores ........................................................................................................ 29
Anexo: Cálculos
1 Introducción
En este anexo se va a incluir todos los cálculos que justifican las elecciones hechas en
este proyecto. Se componen de cuatro apartados: cálculo del consumo eléctrico de la finca,
cálculo energético solar, cálculo energético eólico y cálculos eléctricos.
2 Cálculo del consumo eléctrico de la finca
Ante la imposibilidad de obtener a través de la empresa el consumo eléctrico de la finca,
se realiza un cálculo pormenorizado del posible consumo eléctrico que puede tener la finca,
para luego calcular la potencia necesaria de la instalación de energías renovables.
A la hora de calcular el consumo eléctrico total de la finca, se tiene en cuenta que la
finca va a usar equipos eléctricos en vez de los convencionales de gasolina.
En equipos pequeños, como pueden ser, por ejemplo, motosierras, su consumo no es
tan demandante, pues su uso es puntual, además de tener un consumo reducido. Sin
embargo, para equipos grandes es diferente. Por ejemplo, un tractor.
La ventaja de un tractor con motor de combustión es clara, pues se puede reponer de
combustible en cualquier momento. Sin embargo, en nuestras Islas Canarias, el combustible
es escaso, mientras que siempre tenemos recursos naturales de los que poder extraer
energía.
Esta energía limpia puede satisfacer la demanda energética de la finca, pues estas, aun
usando la totalidad de los equipos de manera eléctrica, no tienen un consumo eléctrico
elevado, pudiendo vender la energía sobrante.
A continuación, se muestra un resumen pormenorizado de las partes de la finca que
consumen energía:
a) Oficinas
El consumo energético en oficina depende de varios factores, como
climatización, iluminación, consumo eléctrico de ordenadores, impresoras, etc. Por lo
tanto, el consumo medio de energía, en kWh/m2 varía respecto al lugar donde se
encuentre la oficina, horas en las que se trabaje,.. Sin embargo, hay varios estudios en
los que se analiza este consumo, incluido uno, realizado en México, y que desglosa el
consumo según distintas zonas. Adoptando el clima de Valle de Guerra como Templado
Anexo: Cálculos
2
Húmedo, nos devuelve un consumo de 80 kWh/m2 anuales, que está en línea con los
demás documentos.
Figura 1. Tamaño de la oficina. Fuente: propia
Como se aprecia en la imagen, la zona de oficinas tiene un área de 301,7 m2.
Por lo tanto, el consumo energético anual es de 24136 kWh. Este consumo se puede
dividir mensualmente a 2011,3 kWh
b) Tractor
El mercado de tractores eléctricos hoy en día es muy reducido. Sin embargo,
poco a poco empiezan a existir opciones, y los grandes fabricantes se atreven a entrar
en este mercado, prueba de ello es el modelo e100 Vario de la marca Fendt.
Nota de la web
Durante muchos años, Fendt ha desarrollado soluciones prácticas para el uso
eficiente de sistemas eléctricos de propulsión. Con el Fendt e100 Vario, Fendt introduce
un práctico tractor compacto totalmente eléctrico con 50 kW de potencia, que puede
funcionar hasta cinco horas en condiciones de uso reales. La fuente de energía es una
batería de iones de litio de alto rendimiento de 650 V con una capacidad de aprox. 100
kWh. La batería se carga con 400 V y hasta 22 kW a través de una toma exterior CEE
estándar o mediante una opción de recarga con corriente continua. Un enchufe CCS
estándar de tipo 2 permite recargar la batería en 40 minutos hasta un 80%. Además, es
posible recuperar energía con el uso de un motor eléctrico.
Suponiendo que cada día trabajan con el tractor eléctrico hasta agotarle la batería, al
día consume 100 kWh. Por lo tanto, mensualmente consume 3100 kWh.
Anexo: Cálculos
3
Un Dumper es un vehículo pequeño que sirve para cargar y descargar productos,
como por ejemplo fruta, de manera sencilla, pues al ser de tamaño pequeño puede
acceder a zonas de difícil acceso.
c) Bomba de agua
Estimar la bomba requerida sin más información es una tarea muy ardua. Para
ello, se va a escoger una bomba todoterreno, que pueda usarse en varias condiciones,
y se van a colocar varias. La bomba escogida es EuroInox 30-80M de la marca DAB [6].
Esta bomba tiene un vataje de 800 W, y suponiendo que funciona 4 horas al día, eso
hace un consumo mensual de 96 kWh
d) Demás equipo
Se trata de equipo que es útil tener en una finca, estos equipos suelen ser
independientes, es decir, funcionar a través de un motor de combustión. Sin embargo,
vamos a usar equipos eléctricos, concorde a la temática de energías renovables del
trabajo. Otra suposición es que estos equipos funcionarán durante una hora al día,
puesto que no son equipos cuyo uso sea diario
i) Motosierra
Este equipo tiene una potencia de 1.5 kW, lo que le supone un consumo mensual
de 45 kWh
ii) Desbrozadora
El cargador tiene un consumo de potencia de 0.3 kW, que mensualmente hacen
9 kWh
Equipo Potencia
Motosierra 45 kWh
Desbrozadora 9 kWh
TOTAL 5261,3 kWh
Tabla 1. Consumo de la finca
Por lo tanto, el consumo energético total de la finca asciende a 5261,3 kWh. Este consumo
es ideal, no tiene en cuenta pérdidas, ni el uso diario de cada equipo, pero es un punto de partida
para realizar los siguientes cálculos
Anexo: Cálculos
3.1 Irradiación solar sobre la finca
Debido a la rotación sobre el sol, el número de horas efectivas de sol varía
respecto al mes del año. Por lo tanto, la energía que se recibe del sol varía. La Hora
Solar Pico (HSP) es el número de horas al día que el sol transmite 1000 kWh/m2
Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio
HSP 3,626 4,249 5,38 5,853 6,568 6,552
Mes Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
HSP 7,448 7,316 6,419 5,4 3,81 3,281
Tabla 2. Hora Solar Pico
A continuación, se presenta una tabla con cuatro columnas. En las dos primeras, se
muestran la irradiancia solar en plano. Sin embargo, en la instalación, las placas van a tener
cierto ángulo con el plano, para poder captar más luz solar a lo largo del día. Como se puede
observar, este dato es mayor que la irrandiancia en el plano.
Irradiancia plano
Anexo: Cálculos
Tabla 3. Irradiancia
3.2.1 Por inclinación y orientación
Al usar una inclinación y orientación distinta de la óptima, se generan unas pérdidas,
que hay que contabilizar.
Estas pérdidas van en función de dos ángulos: de inclinación y de azimut
3.2.1.1 Ángulo de inclinación β:
definido como el ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal
(figura 1). Su valor es 0° para módulos horizontales y 90° para verticales.
3.2.1.2 Ángulo de azimut α:
definido como el ángulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la
superficie del módulo y el meridiano del lugar (figura 2). Su valor es 0° para módulos
orientados al Sur, –90° para módulos orientados al Este y +90° para módulos orientados
al Oeste.
Figura 2. Ángulos en un panel solar. Fuente: IDAE
En este caso, β tiene un valor de 30º, establecido arbitrariamente, mientras que α=0º,
puesto que se decidió orientar las placas fotovoltaicas al sur.
A continuación, calculamos los límites de inclinación aceptables de acuerdo con las
pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas. Estas pérdidas según el Pliego
de Condiciones técnicas de la IDEA no deben de superar el 10%
Anexo: Cálculos
Utilizando la gráfica previa, calculamos los ángulos de inclinación adecuados, en este
dato, para la región de 90%-95%, suponiendo el caso máximo de pérdidas admisible. Sin
embargo, esta gráfica está pensada para usarse en una latitud de 41º, por lo que, al estar en
Canarias, cuya latitud es de 28º, hay que hacer una corrección.
Anexo: Cálculos
Ángulo de inclinación máximo = 60º
Ángulo de inclinación mínimo = 7ª
Para corregir el ángulo de inclinación se aplica la siguiente ecuación:
Inclinación máxima corregida = Inclinación (41°) – (41° – latitud).
Inclinación máxima corregida = 60º - (41º - 28º) = 47º
Inclinación mínima corregida = Inclinación (41°) – (41° – latitud), siendo 0° su valor mínimo
Inclinación mínima corregida = 7º - (41º - 28º) = -6º. Tomamos como valor 0º.
Por lo tanto, la inclinación escogida de 30º es aceptable, pues se encuentra dentro del rango
óptimo.
Para calcular el porcentaje de pérdidas, se usa la siguiente ecuación:
± Ψ
± Ψ Ψ
Anexo: Cálculos
3.2.2 Por sombras
Si los paneles solares están a la sombra, no van a poder captar toda la luz solar y por lo
tanto el rendimiento de la planta se va a ver reducido.
En esta instalación, el mayor obstáculo es la montaña que se encuentra al sureste de la
instalación
Figura 5. Mapa topográfico de la zona. Fuente: GrafCan
Figura 7. Distancia hasta el lado izquierdo del obstáculo. Fuente: GrafCan
Anexo: Cálculos
9
El obstáculo tiene una altura de 478 metros, y una distancia de 3639
metros, aplicando la tangente, obtenemos un ángulo de 7, 48º.
Con los datos expuestos, se puede usar el diagrama de sombras
Figura 8. DIstancia hasta el lado derecho del obstáculo. Fuente: GrafCan
Figura 9. Distancia hasta el punto más alto del obstáculo. Fuente: GrafCan
Anexo: Cálculos
Figura 10. Diagrama de sombras. Fuente: IDAE
Este diagrama está pensado para aplicarse en el territorio de la península ibérica, por lo
que hay que sumar 12º de elevación para compensar la diferencia
Como se puede observar, queda un triángulo que cubre ligeramente las casillas D12 y
D14.
A continuación, se consulta la tabla V-1, para un azimut de 0º y una inclinación de 35º.
Esta es la tabla que más se aproxima a los datos que tenemos.
Figura 11. Diagrama de sombra aplicado. Fuente: Propia
Anexo: Cálculos
Ψ±
Las pérdidas por sombra son en total un 0,105%
3.2.3 Por suciedad y polvo
“Las pérdidas por polvo en un día determinado pueden ser del 0 % al día siguiente de un
día de lluvia y llegar al 8 % cuando los módulos se "ven muy sucios". Estas pérdidas dependen
de la inclinación de los módulos, cercanías a carreteras, etc. Una causa importante de pérdidas
ocurre cuando los módulos FV que tienen marco tienen células solares muy próximas al marco
situado en la parte inferior del módulo. Otras veces son las estructuras soporte que sobresalen
de los módulos y actúan como retenes del polvo.”
En este caso, podemos estimar las pérdidas por suciedad y polvo en torno al 5%, un valor
alto, teniendo en cuenta que cada vez hay más días de calima, que deja depósitos de polvo en
los módulos.
Anexo: Cálculos
3.2.4 Angulares
“Las pérdidas por reflectancia angular y espectral pueden despreciarse cuando se mide
el campo FV al mediodía solar (±2 h) y también cuando se mide la radiación solar con una célula
calibrada de tecnología equivalente (CTE) al módulo FV. Las pérdidas anuales son mayores en
células con capas antirreflexivas que en células texturizadas. Son mayores en invierno que en
verano. También son mayores en localidades de mayor latitud. Pueden oscilar a lo largo de un
día entre 2 % y 6 %.”
Las pérdidas por reflectancia angular las podemos tomar como el 3%
3.2.5 Por cableado y conexionado
Las pérdidas por cableado van en función de la longitud de estos. Sin embargo, estas
pérdidas tienen un valor admisible en la parte de CC de 1,5%, siendo recomendable no pasar del
0,5%, por lo que este valor es el indicado.
3.2.6 Por el inversor
El inversor escogido es el Sunny Boy 2.0 de la compañía SMA
Este modelo tiene un rendimiento del 98,4%
3.2.7 Por errores en el seguimiento del Punto Máximo de Potencia
El inversor fotovoltaico va a trabajar conectado directamente al generador, con un
dispositivo electrónico de seguimiento del punto de máxima potencia del generador.
Este punto de máxima potencia cambia con las condiciones ambientales (irradiación y
temperatura). En condiciones normales de operación se van a producir interferencias sobre la
potencia producida por el generador (suciedad, nubes, etc…). Esto provocará saltos en la curva
Intensidad-Voltaje de la célula y por tanto del generador. Sin embargo, el inversor escogido
(SMA TP 110-60) tiene seguimiento de la máxima potencia independientes, por lo que estas
pérdidas se ven minimizadas.
3.2.8 Por explotación mantenimiento
Durante la operación de un generador fotovoltaico es necesario realizar una serie de
trabajos relacionados con el mantenimiento preventivo de la instalación. Estos trabajos pueden
traer consigo en algún caso la parada de elementos clave en la generación de electricidad, como
pueden ser los inversores. Del mismo modo, se van a producir averías o condiciones de mal
Anexo: Cálculos
13
funcionamiento en equipos de manera que cuanto mayor sea el tiempo de sustitución o
reparación de los equipos, mayor será su incidencia sobre la producción eléctrica.
Estas pérdidas se aproximarán en un 3%.
3.2.9 Por no cumplir la potencia nominal
El fabricante advierte de que existe una tolerancia de potencia, en este caso, del 5%
3.2.10 Por temperatura
La célula trabaja a determinada temperatura, expresada en la ficha técnica. Sin
embargo, como la temperatura del ambiente varía, la efectividad de la transmisión también,
respecto a unas condiciones estándar
T amb es la temperatura ambiente media para cada mes, Tc es la temperatura de las
células fotovoltaicas, que se miden con la siguiente ecuación:
Ecuación 1. Temperatura de la célula fotovoltaica

Siendo TONC la temperatura de trabajo de las células, y vale 45ºC, mientras que E es el
valor la irradiancia, expuesto más arriba.
El rendimiento se calcula con la siguiente ecuación:
Ψ
Ecuación 2. Rendimiento de la célula
Siendo g= 0,0035 1/ºC para el silicio cristalino
T ambiente T celula Rendimiento (%)
Enero 16,6 42,1567 93,9951
Febrero 16,8 43,9137 93,3801
Marzo 17,3 47,3865 92,164
Abril 17,5 45,5134 92,8203
Mayo 19,1 47,3449 92,1793
Junio 20,9 50,9791 90,9073
Julio 22,2 47,3556 92,1755
Agosto 23,1 46,8267 92,3607
3.3 Performance Ratio
El Performance Ratio es la eficiencia de la instalación en condiciones reales de trabajo, en
la que se tienen en cuenta todas las pérdidas calculadas anteriormente
Tipo Rendimiento Pérdidas (%)
Orientación 0,98272 1,728
Sombras 0,99895 0,105
Angulares 0,97 3
Cableado 0,995 0,5
PMP 0,99 1
Inversor 0,984 1,6
TOTAL 0,8250
Tabla 5. Performance Ratio sin temperatura.
En la tabla anterior falta añadir el factor de temperatura. Este factor depende de la
temperatura media mensual. Se usará los datos calculados en la tabla 2.
Mes Rendimiento PR
Enero 0,93995 0,77548
Febrero 0,93380 0,77041
Marzo 0,92165 0,76038
Abril 0,92820 0,76579
Mayo 0,92179 0,76050
Junio 0,90907 0,75000
Julio 0,92176 0,76047
Agosto 0,92361 0,76199
Septiembre 0,91665 0,75626
3.4 Energía producida
La energía producida se calcula con a la siguiente ecuación

Gdm = Irradiancia en el plano (Wh/m2)
Pmp = Potencia pico del generador. En este caso hay 6 paneles de 400 W en serie, por lo que la
potencia pico es 2400 W
PR = Performance Ratio
Enero 3995,30 0,77548094 7435869,6
Febrero 4564,20 0,77040749 8439105,3
Marzo 5895,60 0,76037947 10758943,7
Abril 5282,60 0,76578829 9708847,8
Mayo 5523,50 0,76049973 10081488,6
Junio 5629,50 0,75000575 10133177,7
Julio 5445,80 0,76046865 9939264,6
Agosto 5397,60 0,76199613 9871080,8
Septiembre 5799,30 0,75625595 10525812,4
Octubre 4713,40 0,76720764 8678775,6
Noviembre 3834,30 0,77084362 7093549,7
Diciembre 3429,40 0,77596668 6386640,3
Tabla 7. Energía producida mensual.
En esta tabla se puede observar como varía la potencia suministrada por los paneles
fotovoltaicos a lo largo del año, siendo diciembre el mes que menos generan con 6386,6 kWh.
Anexo: Cálculos
16
Esta cantidad suple los 5261,3 kWh que requiere la finca, por lo tanto, se crea energía suficiente
para alimentar la finca, además de un pequeño exceso que puede ser vendido a Red Eléctrica
de España.
4.1 Introducción
En este apartado se va a estudiar la producción de energía eólica en la finca rural.
Partimos de entrada ya sabiendo la potencia necesaria, por lo que se va a escoger un
aerogenerador adecuado a dicha potencia y a las características de la zona.
Esta instalación se usará de apoyo a la instalación de energía solar, por lo que vamos a
partir de un modelo determinado, y calcular la energía que ese molino puede proporcionar.
Se va a instalar un molino de minieólica. La principal característica de esto es que es un
molino de menor tamaño que los usados en parques eólicos. En este caso, tiene la función de
servir de apoyo energético a la instalación principal de energía solar, pues puede ser que
momentáneamente se requiera más energía de la que la instalación de energía solar es capaz
de ofrecer, por ejemplo, porque el día está nublado.
El modelo escogido es el E70PRO de la marca ENAIR, que tiene una potencia nominal de
4 kW.
4.2 Estudio eólico de la finca
Primeramente, a través de la herramienta Grafcan, vamos a buscar los datos de viento
correspondiente a la zona donde está ubicada la finca
Anexo: Cálculos
Anexo: Cálculos
80 m 60 m 40 m
Velocidad del viento (m/s) 5,06 4,97 4,83
Constante C Weibull 5,87 5,74 5,54
Constante K Weibull 2,27 2,273 2,254
Tabla 8. Resumen recurso eólico.
Figura 16. Gráfica relación altura velocidad. Fuente: Propia
y = 0,0058x + 4,6083
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
V el
o ci
d ad
d el
vi en
to (m
Anexo: Cálculos
19
Con esta gráfica, que reúne la altura y la velocidad del viento a esa altura, se calcula una
ecuación, con la que se va a extrapolar la velocidad del viento a una altura adecuada, pues no
es aceptable una altura de como mínimo 40 metros.
Aplicando una altura de 15 metros, y usando la ecuación del gráfico, sale una velocidad
del viento de 4,6953 m/s.
Con esta velocidad de viento existe un problema, pues para el generador E70Pro la
velocidad nominal es 11 m/s, mientras de la de arranque es 2 m/s. Con la velocidad de 4,7 m/s
no se puede conseguir la suficiente energía, por lo que hay que buscar otro aerogenerador.
Sin embargo, no hay otros aerogeneradores capaces de trabajar de manera eficiente en
ese rango de velocidades, y a la vez ofrecer un suministro de energía adecuado. Por ejemplo, el
modelo E30 Pro de la marca Enair, el modelo inmediatamente inferior al E70 Pro, tiene las
mismas características que su hermano mayor (velocidad de arranque 2 m/s; velocidad nominal
11m/s).
Otro ejemplo sería el aerogenerador Air 40 de la marca SouthWest WindPower. Sin
embargo, este molino tiene el mismo problema, pues su velocidad de inicio es de 3,1 m/s, por
lo que con una media de velocidad de 4,5 m/s no se asegura que funcione, ni que produzca la
energía suficiente.
Por lo tanto, la conclusión a la que se llega es que no es rentable instalar un molino de
minieólica en esta instalación, por los motivos ya expuestos. A continuación, se expone el cálculo
de la potencia de manera teórica.
4.3 Cálculo de la potencia eólica
Primeramente, se va a calcular la energía anual. Para ello, se van a usar los siguientes
parámetros:
1. Distribución de Weibull
Es una distribución estadística que resume la probabilidad de un evento basándose en
datos ya obtenidos. Como el viento es un parámetro en cambio constante, usando esta
distribución se puede averiguar cuál es la probabilidad de que el viento tenga cierta velocidad.
Esta depende de tres parámetros, los datos ya obtenidos, y dos
2. Curva de potencia del molino
Anexo: Cálculos
20
El fabricante proporciona una gráfica, en la que se expone la potencia generada respecto a la
velocidad del viento.
Una vez tenemos este dato, podemos calcular el factor de capacidad FC

Donde:
8760 = número de horas en un año (h)
Idealmente, si el viento es constantemente superior a la velocidad nominal del molino,
este factor tendría un valor de 1. Sin embargo, eso es un caso hipotético, por lo que se considera
que si FC >25% es aceptable, y FC>30% es bueno.
Para finalizar el cálculo de energía, hay que tener en cuenta una serie de factores que
hacen que esta energía producida disminuya:
3. Efectos orográficos y de estelas
Si existe un parque eólico, y es más significativo este efecto si la orografía es complicada,
se da que la intensidad varía de una aeroturbina a otra. Sin embargo, para nuestro caso, al ser
un único generador, este efecto no existe.
4. Disponibilidad
Este factor está asociado al mantenimiento y reparaciones de las máquinas. Se puede
tomar un valor de 95%.
5. Rendimiento eléctrico
Generado por las pérdidas del generador y otros componentes eléctricos propios, sin
embargo, se puede ver afectado por componentes externos, como transformadores, etc. Tiene
un rendimiento bastante elevado (95%).
6. Ensuciamiento de las palas
Anexo: Cálculos
21
Las palas tienen un perfil, y al ensuciarse cambian de forma, perdiendo sus
características aerodinámicas. Se puede asumir un rendimiento del 98%.
7. Retardo en el tiempo de respuesta de control de guiñada
La guiñada es el ángulo de giro para seguir la ruta óptima, en este caso, la dirección del
viento. Esta respuesta es lenta, por una parte, para evitar cargas giroscópicas importantes, pero
puede suceder que al no estar alineada en la mejor dirección, deje de capturar parte de la
energía. Aunque esto sucede a velocidades bajas, a la vez que, al ser un ángulo pequeño, no es
una gran pérdida, aunque puede ser difícil de estimar. Se asume un rendimiento del 98%.
8. Histéresis por viento alto
Puede suceder que, para velocidades de viento altas, pero insuficientes para que se pare
por superar la velocidad de corte, la máquina oscila, supera la velocidad de corte, y se para,
haciéndolo más tiempo del que lo haría si simplemente superase la velocidad de corte. Sin
embargo, como la media durante los 10 minutos es inferior a la de corte, se sigue contabilizando.
Esta pérdida se estima en un 98%.
9. Distorsión y dispersión de la curva de la máquina por turbulencia
Normalmente, en las gráficas de potencia que dan los fabricantes no se tiene en cuenta la
turbulencia, y esto hace que la gráfica cambie de forma, dando menos potencia a velocidades
altas y más potencia a velocidades bajas, haciendo que el efecto se compense. Habría que hacer
un estudio de cómo se comporta la turbina para ver la distorsión real que se produce por efecto
de la turbulencia, las oscilaciones y desviaciones. No es fácil de estimar este efecto, pero como
el generador va a trabajar siempre cerca de la velocidad nominal, y a esta velocidad es donde
menos se ve este efecto, se va a estimar en 99%.
5 Cálculos eléctricos
5.1 Introducción
En esta sección se va a estudiar la parte eléctrica de la instalación. Se analizará la sección
del cableado, qué protecciones se van a instalar y porqué, etc.
5.2 Cálculos iniciales
La placa escogida, Maxeon 3 400 W de la marca SunPower, tiene una tensión nominal de
65,8 V, mientras que el inversor, Sunny boy 2.5 de la marca SMA, tiene una tensión de entrada
de 600 V. Por lo tanto, se necesitan 5,47 placas para cumplir con la tensión de entrada, que
Anexo: Cálculos
22
redondeadas se convierten en 6. Con estas 6 placas en serie se consigue un voltaje de 394,6 V,
y al estar en serie, la intensidad es la misma que genera una sola placa, es decir, 6,08 A.
La zona escogida para poner las placas solares es la siguiente
Figura 17. Zona de instalación de los paneles. Fuente: GrafCan
Como se ve, tiene un ancho de 5,6 metros, el que caben los 1,69 metros de ancho de la
placa elegida. De largo tiene 36,6 metros, suficiente también para poner 6 placas de 1,05 metros
de largo. Además de cumplir sobradamente con el espacio necesario, no tiene ningún obstáculo
cerca, y está suficientemente cerca de la instalación.
Como se ve en la figura 18, la distancia hasta el punto donde se va a instalar el inversor
es de 13 metros.
Figura 18. Longitud de la parte de corriente continua. Fuente: GrafCan
El circuito de corriente alterna, que abarca desde el inversor hasta la entrada del edificio,
tiene una longitud de 35 metros.
Anexo: Cálculos
23
Figura 19. Longitud de la parte de corriente alterna. Fuente: GrafCan
5.3 Cálculos de la parte de corriente continua
5.3.1 Cableado
El conductor de baja tensión que se utilizará en la totalidad de la instalación será del tipo
aislado con tensión asignada no inferior a 0,6/1kV, temperatura máxima de 90º, con conductor
de cobre y aislamiento de polietileno reticulado (XLPE), normalizado según la norma UNE
21.030.
Hay 2 criterios para calcular la corriente continua: a través de la corriente de
cortocircuito y a través de la caída de tensión. Gracias a estos cálculos, se asegura que los cables
tienen el tamaño suficiente para poder aguantar cualquier situación sin poner en riesgo su
integridad.
a. Criterio de la intensidad máxima
Según se establece en el IT-BT-40, los cables de conexión deberán estar
dimensionados para una intensidad no inferior al 125% de la máxima intensidad del
generador.
b. Criterio de la caída de tensión
En el mismo apartado de la IT-RB, además del Pliego de Condiciones del IDEA, se
afirma que la caída de tensión entre el generador y el punto de conexión a la Red de
Distribución Pública no será superior al 1,5% de la intensidad nominal. Sin embargo,
este valor es para el total. El IDEA recomienda que en la parte de continua la caída
de tensión sea como mucho de un 0,5% del total, por lo que para la parte de alterna
se podría tomar como caída hasta el 1%, pero se va a mantener el mismo criterio de
0,5% de caída de tensión.
Para calcular las secciones de cable para líneas monofá